城市燃气管道泄漏致灾机理及灾害控制

本书主要针对城市燃气管道泄漏后，多因素共同作用下的灾害演化机理开展研究，并提出相关灾害控制措施。具体内容包含多因素耦合致灾理论基础、城市燃气管道泄漏灾害系统研究、城市燃气管道泄漏灾害系统多因素耦合研究、城市燃气管道泄漏致灾的系统动力学研究、城市燃气管道泄漏灾害的控制措施研究等部分。本书主要特点在于从灾害学和系统动力学角度对燃气管道泄漏多因素灾害开展了分析，从而对对燃气管道泄漏灾害防控提供理论支持。

城市燃气管道泄漏导致的火灾爆炸事故是城市安全的重大威胁因素之一。天然气、液化石油气等可燃气体在城市居民生产和生活中被广泛使用，而高效快捷的管道运输是城市燃气的主要运输方式。在自然和人为因素的作用下，城市燃气管道极有可能破坏失效，导致燃气管道发生泄漏，泄漏气体遇点火源进一步诱发火灾、爆炸事故，造成严重的人员伤亡和财产损失。因此，有效地掌握城市燃气管道泄漏致灾机理对预防和控制此类灾害事故具有重要的意义。城市燃气管道泄漏导致灾害的严重程度受灾害环境、灾害种类以及承灾体脆弱程度等众多因素的影响，这些灾害因素间相互作用，可能形成严重而复杂的灾害结果。因此，掌握多因素耦合作用下的城市燃气管道泄漏致灾机理和提出针对性的防控措施是防控此类事故的前提。
城市燃气管道泄漏灾害属于社会灾害之一。城市社会灾害的形成、发展和结果受城市社会环境和自然环境的影响，从灾害系统动力学的角度研究多因素耦合作用下城市燃气管道泄漏灾害演化机理，有助于推动城市安全与应急救援领域的发展。本书研究建立燃气泄漏致灾数学模型，开展致灾因素间耦合及城市燃气管道泄漏灾害的动力学演化过程研究，详细刻画了燃气管道泄漏灾害致灾因子间的作用关系以及灾害发展规律，对促进安全科学及对灾害学领域相关理论的发展具有重要的理论意义。
本书较为系统地论述了城市燃气管道泄漏灾害系统理论和致灾机理，内容涵盖了燃气管道泄漏灾害系统模型构建、灾害系统多因素耦合理论及耦合度度量、致灾动力学机理及灾害控制措施。全书共分为5章：第1章对城市燃气管道泄漏灾害的研究现状进行了分析，并提出了目前研究存在的问题；第2章对城市燃气管道泄漏灾害系统进行了研究；第3章介绍了城市燃气管道泄漏灾害系统多因素耦合；第4章介绍了城市燃气管道泄漏致灾的系统动力学研究；第5章对城市燃气管道泄漏灾害的控制措施进行了总结分析。本书可供从事安全科学与工程、应急管理、灾害学等领域的科研人员、教师及相关专业的研究生阅读或参考。
本书由北京石油化工学院杨凯、庞磊以及首都经济贸易大学吕淑然结合多年的研究成果撰写。其中第1～4章由杨凯撰写完成，第5章由杨凯和庞磊共同撰写完成，最后由庞磊统稿。
本书是在首都经济贸易大学吕淑然教授的指导下完成的，同时得到了北京市自然科学基金委员会、北京市教育委员会联合资助项目（编号：KZ201910017020）的资助得以出版，在此表示感谢。由于著者经验和水平有限，书中难免存在不妥之处，敬请读者谅解并批评指正！

著者

杨凯，北京石油化工学院，副教授，首都经济贸易大学管理科学与工程专业（安全管理工程方向）博士，北京市安全生产工程技术研究院博士后，注册安全工程师。主要研究领域为爆炸安全理论与技术、城市公共安全与风险防控等方向。承担有安全学原理、火灾爆炸计算机仿真及应用等课程的教学工作。先后承担和参与完成国家重点研发项目专题、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北京市科技计划项目等纵横向课题十余项。在国内外公开发表学术论文30余篇、申请专利10余项。

本书基于系统科学对城市燃气管道泄漏多因素耦合致灾机理开展研究，从宏观视角全面把握燃气管道泄漏灾害系统构成、多因素耦合致灾机理与灾害演化过程，为城市燃气管道泄漏灾害的防治与控制提供理论依据。
本书可供从事安全科学与工程、应急管理、灾害学等领域的科研人员、教师及相关专业的学生阅读。

第1章绪论1
1.1城市燃气管道泄漏灾害研究的背景和意义1
1.1.1研究背景1
1.1.2研究意义3
1.2城市燃气管道泄漏灾害研究现状4
1.2.1城市燃气管道风险管理研究4
1.2.2城市燃气管道泄漏灾害事故理论研究5
1.2.3灾害及风险耦合研究9
1.2.4燃气管道泄漏灾害及风险演化机理研究10
1.2.5城市燃气管道灾害控制研究11
1.2.6存在的问题11

第2章城市燃气管道泄漏灾害系统研究14
2.1燃气管道泄漏灾害事故理论15
2.1.1泄漏事故模型15
2.1.2火灾事故模型17
2.1.3爆炸事故模型19
2.1.4中毒窒息事故20
2.2灾害学理论22
2.2.1灾害内涵及形成机制22
2.2.2灾害系统概述23
2.3城市燃气管道泄漏灾害系统概述25
2.3.1城市燃气管道泄漏灾害的内涵25
2.3.2城市燃气管道泄漏灾害系统的内涵26
2.3.3城市燃气管道泄漏灾害系统特征27
2.4城市燃气管道泄漏灾害系统指标体系的提出29
2.4.1灾害系统因素初步选择的思路29
2.4.2孕灾环境子系统指标分析30
2.4.3致灾因子子系统指标分析32
2.4.4承灾体子系统指标分析34
2.4.5灾情子系统指标分析35
2.5城市燃气管道泄漏灾害案例统计分析36
2.5.1城市燃气管道泄漏灾害类型分析36
2.5.2城市燃气管道泄漏事故案例38
2.5.3城市燃气管道泄漏原因统计分析39
2.5.4城市燃气管道泄漏灾害系统指标体系确定41
2.6城市燃气管道泄漏灾害系统的结构与功能分析45
2.6.1城市燃气管道泄漏灾害系统的环境分析45
2.6.2城市燃气管道泄漏灾害系统的结构分析46
2.6.3城市燃气管道泄漏灾害系统的功能分析47
2.7城市燃气管道泄漏致灾机制分析48
2.7.1城市燃气管道泄漏致灾过程48
2.7.2城市燃气管道泄漏灾害形成机制49
2.7.3城市燃气管道泄漏致灾的数学模型51
2.7.4城市综合承灾能力分析53

第3章城市燃气管道泄漏灾害系统多因素耦合研究55
3.1灾害耦合理论概述56
3.2城市燃气管道泄漏灾害系统多因素耦合理论分析57
3.2.1城市燃气管道泄漏灾害系统多因素耦合定义57
3.2.2城市燃气管道泄漏灾害系统多因素耦合类型59
3.2.3城市燃气管道泄漏灾害系统多因素耦合效应61
3.2.4城市燃气管道泄漏灾害系统多因素耦合过程64
3.3基于SD的城市燃气管道泄漏灾害多因素耦合分析65
3.3.1灾害系统耦合因素构成65
3.3.2子系统内因素因果耦合66
3.3.3两子系统间因素因果耦合70
3.3.4三个子系统间因素因果耦合72
3.4城市燃气管道泄漏灾害系统多因素耦合度量74
3.4.1常用的耦合度度量模型74
3.4.2城市燃气管道泄漏灾害系统多因素耦合度量模型77
3.4.3城市燃气管道泄漏灾害系统耦合度示例82

第4章城市燃气管道泄漏致灾的系统动力学研究96
4.1系统动力学理论97
4.1.1系统动力学概述97
4.1.2系统动力学建模步骤98
4.2燃气管道泄漏多因素耦合致灾系统动力学过程及效应98
4.2.1城市燃气管道泄漏多因素耦合致灾机理描述99
4.2.2城市燃气管道泄漏灾害系统反馈效应101
4.2.3城市燃气管道泄漏灾害系统延迟效应101
4.3城市燃气管道泄漏灾害动力学模型构建102
4.3.1系统建模目的102
4.3.2系统边界与参考模式的确定103
4.3.3灾害系统框图分析104
4.3.4灾害系统因果关系图分析104
4.3.5灾害系统模型构建与系统静态分析106
4.4城市燃气管道泄漏多因素耦合致灾机理实证研究115
4.4.1灾害场景设定115
4.4.2模型假设115
4.4.3系统参数分析与系统模型检验116
4.4.4单灾害的系统动力学仿真结果分析117
4.4.5多灾害的系统动力学模型计算与分析125

第5章城市燃气管道泄漏灾害的控制措施研究133
5.1事故致因理论133
5.2基于事故致因理论的管道泄漏灾害控制措施134
5.2.1城市燃气管道失效原因与失效形式134
5.2.2基于事故致因理论的燃气管道失效控制措施135
5.3基于解耦理论的燃气管道泄漏灾害控制策略137
5.3.1城市燃气管道泄漏灾害解耦基本原理137
5.3.2削弱灾害子系统内部因素耦合137
5.3.3孤立灾害子系统间耦合作用140

附录142
附录A城市燃气管道事故统计表142
附录B系统动力学方程148

参考文献156